Windows下动态链接库和静态链接库的生成以及调用

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一、简介

为了提高代码的复用性，引入了库，库是一段可执行代码的二进制形式，可以被操作系统直接载入内存使用。一般分为动态库和静态库，在Windows操作系统中静态库是以 .lib 为后缀的文件，动态库是以 .dll 为后缀的文件。

C++程序编译以及调用库的过程如下：
在这里插入图片描述
可以看到库是在链接过程和目标文件一起打包最终生成可执行文件，另外可以看到静态库和动态库是编译型语言所特有的，对于非编译型语言例如python，在实现上有所不同。
以下是静态链接库和动态链接库的区别：

1. 静态链接库(.lib)：在链接阶段，会将汇编生成的目标文件.o与引用到的库一起链接打包到可执行文件中，相当于在可执行文件中每个用到库的地方，都会插入一份库的代码，这样会增加最终生成的可执行文件的体积。
2. 动态链接库(.dll)：在链接阶段，动态库并不会被插入到目标文件.o中，而是在.exe可执行文件运行时才会被加载到内存，然后被程序调用，这样能大大减小生成的可执行文件的体积，并且动态链接库被修改时，并不需要重新编译生成源代码。

二、生成静态链接库(.lib)和动态链接库(.dll)

  1. 首先使用vs2019新建空项目，命名选择存储位置。
    在这里插入图片描述
  2. 在项目中新建空白 .h 头文件和 .cpp 源文件，如下：
    在这里插入图片描述
  • .h 头文件输入以下代码：
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// addnum.h
#ifndef __ADDNUM_H__
#define __ADDNUM_H__

extern "C" {
	_declspec(dllexport) int AddTwoInt(int a, int b);
}
#endif // !__ADDNUM_H__
  • .cpp 源文件输入以下代码：
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// addnum.cpp
#include "addnum.h"
int AddTwoInt(int a, int b)
{
	return a + b;
}
  • 其中.h 头文件中extern “C” 表示使用C语言方式生成链接库，而_declspec(dllexport)用于声明库函数，.cpp源文件是该函数的具体实现过程，AddTwoInt()函数的功能是计算两个整形数之和。

  1. 点击项目->属性->常规->配置类型，设置当前项目的生成类型。如下图：
    在这里插入图片描述
    可以看到，这里可以选择生成的类型，如果要生成静态链接库，选择静态库，如果要生成动态链接库，选择动态库，选择之后点击确定即可。

  2. 点击生成，生成解决方案，然后就会在相应文件夹下生成库文件，如下：

  • 生成静态库(.lib)
    在这里插入图片描述
  • 生成动态库(.dll)
    在这里插入图片描述
    生成了对应的动态库和静态库之后，下面就可以编写源程序来调用库。

三、静态链接库的调用

相较于动态链接库，静态链接库的调用相对简单，我们只需要在调用函数中声明好静态库中的函数接口，即可完成调用。

  1. 首先还是使用vs2019新建一个空项目，然后在项目下新建 addnum.h 和 main.cpp 文件，其中addnum.h 文件是对库的函数接口的说明，main.cpp 调用库函数。代码分别为：
  • addnum.h文件：
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// addnum.h
#ifndef __ADDNUM_H__
#define __ADDNUM_H__
extern "C" {
	_declspec(dllimport) int AddTwoInt(int a, int b);
}
#endif // !__ADDNUM_H__
  • main.cpp文件：
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// main.cpp
#include <iostream>
#include "addnum.h"
using namespace std;
int main() {
	cout << AddTwoInt(7, 19) << endl;
	return 1;
}
  • addnum.h文件主要声明AddTwoInt()函数是从外部库导入的，main()函数调用AddTwoInt()函数计算"7+19"的结果。
  1. 将之前生成的libtest.lib静态链接库添加到项目的资源文件，完成后如下：
    在这里插入图片描述
  2. 按Ctrl+F5或者点击调试->开始执行，运行源代码，得到结果如下：
    在这里插入图片描述
    可以看到程序返回结果为26，说明调用成功。

四、动态链接库的调用

动态链接库的两种调用方式

相对于调用静态库，调用动态库的过程更加复杂。主要由两种方法：

  • 第一种方法是仅使用之前编译生成的.dll动态链接库文件，程序在运行时将库直接加载到内存中，获取函数的入口地址，然后利用函数指针直接调用。
  • 第二种方法是使用编译动态库过程中产生的静态库，这个静态库是系统自动生成的，其内部并不包含函数接口，作用只是获得动态库的函数地址，使得可以像调用静态库一样调用动态库。

仅使用.dll文件

  1. 同样的，首先新建一个空项目，在项目中新建一个.cpp源文件以及将之前生成的.dll动态库文件添加到项目文件夹下以及项目中，如下：
    在这里插入图片描述
  • main.cpp中的代码：
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// main.cpp
#include <iostream>
#include <Windows.h>
using namespace std;

typedef int (*pAddTwoInt)(int, int);     //对应的函数指针类型，指向AddTwoInt()函数在内存中的入口地址

int main()
{
	HMODULE hdll;   //动态链接库的句柄
	hdll = LoadLibrary("libtest.dll");    //加载动态链接库，返回其句柄
	if (hdll == NULL)
	{
		cout << "lib load failed!" << endl;
		return 1;
	}
	pAddTwoInt fAddTwoInt = (pAddTwoInt)GetProcAddress(hdll, "AddTwoInt");  //获取动态链接库中AddTwoInt()函数的入口地址
	cout << fAddTwoInt(7, 19) << endl;       //调用获取到的函数计算结果
	FreeLibrary(hdll);     //调用结束，在内存中释放动态库
	return 1;
}

  • 运行，得到结果如下：
    在这里插入图片描述

使用.h+.dll+.lib文件

这种方法调用需要使用编译生成动态链接库时自动生成的静态库，调用方法类似调用静态库，但是本质上却是使用的动态库。

  1. 同样的，首先新建一个空项目，在项目下添加addnum.h和main.cpp文件，然后将生成的动态库和静态库都复制到项目文件夹下，以及添加到项目，如下：
    在这里插入图片描述
  2. 由于这里调用动态库的方法和调用静态库一样，因此此处addnum.h和main.cpp的内容页数一样的，如下：
  • addnum.h文件：
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// addnum.h
#ifndef __ADDNUM_H__
#define __ADDNUM_H__
extern "C" {
	_declspec(dllexport) int AddTwoInt(int a, int b);
}
#endif // !__ADDNUM_H__
  • main.cpp文件：
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// main.cpp
#include <iostream>
#include "addnum.h"
using namespace std;

int main()
{
	cout << AddTwoInt(7, 19) << endl;
	return 1;
}
  1. 运行，结果如下：
    在这里插入图片描述
    也成功的得到了结果。